Hoogoven en zijn ontwerp

Hoogoven en zijn ontwerp

Het ontwerp van een hoogoven (BF) speelt een fundamentele rol in de betrouwbare werking, metallurgische prestaties, aanhoudende hoge productiviteit en een lange levensduur van de campagne.

Het ontwerp van een moderne BF is over het algemeen gebaseerd op het concept van een vrijstaande unit met een omringende bouwconstructie, die toegang biedt tot de oven en ondersteuning biedt voor het BF-gassysteem. Het ontwerp van BF moet zorgen voor de optimalisatie van de belasting en de gasstroom, rekening houdend met de potentiële grondstof en bedrijfsomstandigheden voor de oven gedurende de hele campagne.

BF-ontwerp is vereist om de eigenschappen van de schaal, de koelelementen en vuurvaste voering te integreren om de goed uitgebalanceerde algehele werking van het BF-complex te garanderen. De keuze van de juiste vuurvaste materialen en koelsystemen in elke zone van de BF is van cruciaal belang voor een succesvolle, economische en vooral veilige werking van de BF.

Alle apparatuur die nodig is voor een soepele werking van de BF moet worden geïntegreerd tijdens het ontwerpen van een hoogoven. De belangrijkste van deze apparatuur zijn toplaadapparatuur, gegoten huisapparatuur (kleipistolen, tapgatboren, manipulatoren voor trogdeksels, kantelbare lopers voor ijzer en slak, staafwisselaars en jackdamboren enz.), blaaspijpen, verschillende soorten kleppen ( b.v. hotblast-kleppen, snuifkleppen, ontluchtingskleppen, vereffenings-/ontlastkleppen, stroomregelkleppen en isolatiekleppen enz.), Verschillende sondes (bv. temperatuursondes boven de last en onderbelastingsgassondes enz.), mechanische voorraadlijnrecorders , beweegbare en vaste keelpantser, voorraadlijnontstekingslansen en profielmeters enz.

Het ontwerp van BF moet voorzien in apparatuur die een bewezen reputatie heeft op het gebied van betrouwbaarheid, duurzaamheid en hoge prestaties in de zware omstandigheden van de BF-omgeving.

De werking van een moderne BF is vrij complex en vereist de nodige automatiserings- en regelapparatuur voor het bewaken van verschillende regelparameters. Dit is zeer noodzakelijk om de hoge productiviteitsniveaus te bereiken die van een moderne oven worden verwacht.

Het ontwerp van BF moet ook de snelle en nauwkeurige bouwbaarheid ondersteunen.

BF-profiel

BF-profiel heeft een complexe configuratie die bestaat uit cilinders die zijn verbonden met afgeknotte kegels en bestaat uit verschillende zones, namelijk haard, bosh, buik en stapel. De stapel is verder onderverdeeld in een onderste stapel en een bovenste stapel. In de haard bevindt zich een dode laag vloeibaar metaal, de zogenaamde dodemanszone. In elke zone zijn er schaal, koelelementen en vuurvaste materialen. Het werkprofiel van de oven wordt vastgesteld nadat een bepaald volume voering is versleten. Binnen deze zones in de oven vinden verschillende fysisch-chemische processen plaats. De grootteverhoudingen van verschillende zones variëren met het bruikbare volume van de oven, maar meestal liggen ze binnen een acceptabel bereik.

De verhouding tussen de totale hoogte van de oven en de buikdiameter voor middelgrote en grote hoogovens neemt af van ongeveer 3 tot 2,00 naarmate het bruikbare volume van de oven toeneemt van 1000 kubieke meter tot 5500 kubieke meter. De verhouding van de diameter van de ovenbuik tot de diameter van de ovenhaard varieert van 1,09 tot 1,13 (idealiter zou dit 1,05 tot 1,10 moeten zijn). De verhouding tussen de diameter van de bovenkant van de oven en de diameter van de buik varieert gewoonlijk van 0,62 tot 0,71.

Evenzo hangt de hoogte van verschillende zones voor middelgrote en grote ovens af van het bruikbare volume, maar varieert gewoonlijk binnen een bereik. De hoogte van de dode laag varieert in het bereik van 600 mm tot 1700 mm. De hoogte van de haard neemt toe met het bruikbare volume van de oven en ligt in het bereik van 3200 mm tot 5700 mm. De hoogte van de bosh ligt gewoonlijk in het bereik van 3000 mm tot 4000 mm. De hoogte van de buik in een BF is minimaal in vergelijking met andere hoogtes en ligt meestal in het bereik van 2000 mm tot 3000 mm. De hoogte van de stapel in de BF is maximaal en varieert gewoonlijk in het bereik van 15 m tot 20,7 m. De hoogte van het bovenste cilindrische deel van de stapel varieert van 2,5 m tot 3 m. De totale hoogte van de oven varieert van 26 m tot 36 m. De effectieve hoogte van de oven is exclusief de hoogte van het bovenste cilindrische gedeelte van de stapel en ligt gewoonlijk in het bereik van 23 m tot 33,5 m.

Hellingshoeken gemaakt door stapel met de buik en gemaakt door de bosh met de buik zijn belangrijke parameters en variëren meestal in het bereik van respectievelijk 82,5 tot 85,5 graden en 79,2 tot 80,5 graden.

De effectieve hoogte van de oven is afhankelijk van de kwaliteit (sterkte) van de beschikbare cokes. De BF-hoogte van 33,5 m is bijna de praktische limiet gezien de normale sterkte van de beschikbare cokes. Daarom moet elke vergroting van het effectieve volume worden bereikt door de vergroting van de afmeting van de dwarsdoorsnede van de oven, waarbij de ovenhoogte praktisch gelijk blijft. Dit betekent een vermindering van de verhouding tussen de totale hoogte en de buikdiameter. Dit betekent ook een kleinere hellingshoek gemaakt door de stapel en de buik. De hellingshoek gemaakt door de stapel en de buik kan worden verminderd in de mate dat het de lineaire uitzetting van het lastmateriaal niet belemmert met de toename van de temperatuur.

Ook de dwarsdoorsnede van de haard is afhankelijk van de intensiteit van de koolstofverbranding. Dit is de koolstof in de cokes (zowel BF-cokes als notencokes) en hulpbrandstof en wordt bepaald door het koolstofgehalte van de totale brandstoftoevoer per dag naar de oven gedeeld door het ovenvolume.

Met de toename van de ovendiameter, moet er een overeenkomstige toename van de hetestraaldruk zijn om de centrale werking van de oven te verzekeren. Dit vereist een hogere druk aan de bovenkant van de oven om een ​​redelijk drukverschil in de oven te handhaven voor een soepele beweging van de last.

Het aantal blaasmonden in de BF is normaal gesproken twee keer de diameter van de haard in het onderste uiteinde van de middelgrote oven en naarmate het ovenvolume toeneemt, overschrijdt het meer dan twee keer de diameter van de haard.

Het ontwerpprofiel van enkele Russische hoogovens is weergegeven in figuur 1.

Fig 1 Ontwerpprofielen van Russische hoogovens

Kenmerken van BF-zones

De kenmerken van verschillende zones van de BF zijn belangrijk en moeten worden overwogen bij het ontwerpen van de BF. Deze kenmerken worden hieronder beschreven.

• Dodemanszone - Hoge temperaturen en drukken van de vloeibare gesmolten producten en de ovengassen
• Haardzone - Hoge omgevingstemperaturen, continue beweging van de vloeibare gesmolten producten, chemische activiteit van de producten, druk en chemische activiteit van de gassen, binnendringen van vocht in de haard
• Onderste deel van de bosh-zone - Hoge omgevingstemperaturen, continue beweging van de ladingsmaterialen, gassen, slakken en vloeibaar ijzer, chemische activiteit van de slakken, druk van de lading en de gassen
• Bovenste deel van de bosh-zone - Continue beweging van de ladingsmaterialen en gassen, inwerking van zink (Zn) en verbindingen van alkalimetalen, en hoge temperaturen
• Onderste helft van de stapelzone - Continue beweging van de ladingsmaterialen en gassen, werking van Zn, verbindingen van alkalimetalen en hoge temperaturen
• Bovenste helft van de stapelzone - Continue beweging van de gassen en ladingsmaterialen, actie van roethoudende koolstof en Zn.

Het ontwerp van de BF-vuurvaste materialen is om te zorgen voor deze omstandigheden in de verschillende zones van de BF.

De hete explosie komt de oven binnen nabij de grens tussen de haard en de bosh en vormt een zone waarin de cokes in de lading wordt verbrand. De verbranding van de koolstof van de cokes vindt plaats in een beperkt volume van de haard. De meeste warmte die door dit proces in het meest intensieve stadium wordt gegenereerd, is geconcentreerd nabij de wanden van de oven. De temperaturen in het gebied onder de cokesverbrandingszone zijn 1500 ° C tot 1650 ° C aan de rand van de oven en de verhouding tot de hoeveelheid vloeibaar ijzer en slak die zich in dit deel van de oven heeft opgehoopt en de hoeveelheid tijd die nodig is want de doorvoer ervan is een belangrijk kenmerk. Deze temperatuur is echter aan de rand iets lager dan in het midden van de oven, vanwege het koelende effect van de bodem.

De gassen die het blaasmondgebied van de haard verlaten, hebben een temperatuur tot 2000 ° C, terwijl de dalende materialen boven en onder de bosh rond de 500 ° C of zelfs minder zijn. Dit verschil is de reden voor de intensieve warmteoverdracht die in deze regio plaatsvindt en gaat gepaard met abrupte temperatuurveranderingen. Een dergelijke intensieve verwarming is niet mogelijk in het bovenste deel van het bosh-gebied en de schacht, omdat alle beschikbare energie wordt gebruikt voor directe reductie. Hierdoor verandert de temperatuur in hoogterichting relatief weinig in het onderste deel van de schacht ten opzichte van de bosh. Het bovenste gebied waarin intensieve verwarming plaatsvindt, bevindt zich in het onderste deel van de cilindrische bovenkant van de oven en boven de schacht. De materialen die in de oven worden geladen, hebben een temperatuur van ongeveer 30 ° C, terwijl de gassen die in de oven opstijgen tegen de beweging van deze materialen in een temperatuur hebben die vele malen hoger is.

In zowel de haard als de andere delen van de hoogoven daalt de gastemperatuur met 100 ° C tot 250 ° C vanaf de wanden naar het middengedeelte van de oven.

Het vergroten van de horizontale afmetingen van de oven in de haard en bosh verplaatst de maximale gassnelheid naar het centrum van de oven en verlaagt dus de gassnelheid in het perifere gebied. Hierdoor daalt de temperatuur van dit gebied samen met het effect van de haardgassen op de bekleding.

Om de hoogoven soepel te laten produceren, moeten het ontwerp en de productiviteit van de randapparatuur en -faciliteiten voldoen aan de vereisten van de hoogoven en ermee worden geïntegreerd. De belangrijkste randapparatuur en -faciliteiten omvatten BF-lastmateriaalbehandeling, toevoer- en laadfaciliteiten, luchtblazer en heteluchtkachels voor toevoer van hete lucht met de juiste temperatuur en druk, faciliteiten voor het hanteren van BF-gas en het reinigen ervan, gegoten huis voor evacuatie van heet metaal en vloeibare slakken, verwerkingsfaciliteiten voor heet metaal, granulatie van vloeibare slakken en verwerking van gegranuleerde slakken, waterbehandelingsfaciliteiten.